8.1. Назначение высоковольтно-сигнальных линий, их особенности
8.3. Система электропитания автоблокировки
8.4. Плечи и пункты питания высоковольтной цепи автоблокировки, её секционирование
8.1. Назначение высоковольтно-сигнальных линий, их особенности
Высоковольтная цепь (ВВ) предназначена для энергоснабжения устройств автоматической блокировки на перегонах и других устройств автоматики и телемеханики на тех станциях, которые не имеют источников энергии. В некоторых случаях эта ВВ цепь используется также и для энергоснабжения других линейных потребителей энергии.
Сигнальные провода обеспечивают взаимодействие устройств автоматики и телемеханики, расположенных в разных пунктах вдоль железной дороги.
ВВ цепи автоблокировки, как правило, не имеют разветвлений. По всей их длине через 1 - 2,5 км подключаются устройства, потребляющие (в большинстве своем) мощности по 1,5 кВА - 5 кВА. С точки зрения электроснабжения автоблокировку и другие устройства автоматики и телемеханики относят к наиболее ответственной, 1-ой группе потребителей, т.к. перерыв в подаче энергии к ним вызывает нарушение графика движения поездов. Поэтому осуществляется резервирование на всех уровнях.
Электроснабжение автоблокировки должно быть организовано так, чтобы её действие не прерывалось при большинстве повреждений или ремонте ВВ линии.
Устойчивость работы всех устройств автоматики и телемеханики должна обеспечиваться также ограничением допустимых пределов изменения напряжения в ВВ цепи по её длине и во времени, а также пределов отклонения частоты тока от установленной.
ВВ цепь должна оказывать возможно меньшие и опасные влияния на соседние линии связи. На участках с электротягой переменного тока ВВ цепь и сигнальные провода должны быть в свою очередь защищены от влияния тяговой сети.
Типы ВВСЛАБ, как правило, строятся воздушными. Они делятся на типы, различающиеся длиной пролёта, диаметром опор и другими данными, определяющими прочность линии. Однако, учитывая большую важность ВВСЛАБ и наличие на ней высоковольтной цепи, в отличие от линии связи, не существует воздушных высоковольтно-сигнальных линий облегчённого типа.
|
Тип линии |
толщина стенки льда, м |
длина пролёта, м |
|
Н |
10 |
50 |
|
У |
15 |
40 |
|
ОУ |
20 |
95 |
Провода вв.стальные 6 и 5 мм,
провода сигнальные - 4 мм.
8.2. Разновидности ВВСЛАБ
ВВСЛАБ (рис 1) обычно несёт 3-х фазную ВВ цепь 1 с линейным напряжением 6 или 10 кВ, f=50 Гц и изолированной нейтралью. Ниже ВВ цепи подвешиваются сигнальные провода 2.
Вблизи от сигнальных точек автоблокировки (светофор с комплектом реле, выпрямителей и пр.) на силовых опорах устанавливаются линейные трансформаторы типа ОМ (однофазные с масляным наполнением), снижающие напряжение до 115 или 230 в.
Низкое напряжение подаётся по кабелю к сигнальной точке для питания рельсовых цепей, светофорных ламп и релейных схем. Другие жилы этого кабеля соединяют сигнальные провода с реле сигнальной точки. ВВСЛАБ такого вида распространены на участках с электрической тягой постоянного тока и на участках с тепловозной тягой. На последних они будут строиться и в будущем, однако преимущественно с линейным Uл=10 кВ, обеспечивающим большую технико-экономическую эффективность линии по сравнению с U= 6 кВ.
При больших потребностях в электрической энергии более рациональным вариантом является постройка т.н. 2-х цепной линии, несущей две одинаковые ВВ цепи (рис. 2).Одна из них 1, расположенная со стороны железнодорожного пути, предназначена для электроснабжения автоблокировки, а вторая 3 - с полевой стороны - для питания всех других линейных потребителей (путевых будок, электрического освещения станций, электропитания отдельных устройств связи, электрифицированного инструмента). ВВ цепь 3 является одновременно резервом на случай выхода из строя первой цепи 1. На участках с электрической тягой постоянного тока такая 2-я цепь часто подвешивается на опорах тяговой сети (рис. 3(а)) и также используется для резервирования питания автоблокировки. ВВСЛА при этом строится одноцепной. Для уменьшения стоимости строительства на таких участках иногда вообще не строят самостоятельной линии автоблокировки, подвешивая ВВ цепь на опорах тяговой сети, а сигнальные провода - на нижней траверсе линии связи. Вторая ВВ цепь в этом случае отсутствует, а если участок 2-х путный, то может быть размещена на опорах тяговой сети 2-го пути.
Рис. 3
На электрических железных дорогах переменного тока f = 50 гц и с U = 27,5 кв относительно земли, в проводах соседних воздушных линий индуктируется очень высокое опасное напряжение. Для защиты от них сигнальные провода вместе с проводами связи заключаются в кабель, а на линии автоблокировки остаются только ВВ провода.
Цепи и устройства автоблокировки на таких участках питаются током
f = 75 Гц или 25 Гц, который сравнительно легко может быть отделён от тягового тока f = 50 Гц.
В настоящее время по экономическим соображениям перешли к питанию устройств автоблокировки током f = 25 Гц, который получается с помощью недорогих статических преобразователей ПЧ 50/25 Гц небольшой мощности. Такие преобразователи устанавливаются непосредственно у сигнальных точек автоблокировки и питаются от ВВ цепи током f = 50 Гц, а в случае выхода из строя - от ДПР. ВВ цепь автоблокировки здесь целесообразно подвесить на опорах тяговой сети, чтобы избавиться от необходимости постройки самостоятельной линии.
Однако при наличии цепи ДПР на опорах не хватит места для размещения 3-х фазной цепи.
Подвеска цепи U = 6 - 10 кВ вблизи от тягового провода также невозможна, т.к. этот провод будет индуцировать в проводах цепи напряжения до 12 - 15 кВ. Поэтому в качестве ВВ цепи автоблокировки в данном случае используется однофазная цепь с f = 50 Гц и U = 27,5 кВ (как и в цепи ДПР), состоящая из подвешенного на опорах тяговой сети провода (рис. 4.5) и рельсов в качестве обратного провода. Такую цепь называют ПР (провод - рельсы). Недостатком цепи ПР являются большие колебания напряжения в цепи, вызываемые изменениями нагрузок тяговой сети и цепи ДПР.
8.3. Система электропитания автоблокировки
Различают две системы питания устройств автоблокировки: смешанную и переменного тока.
При смешанной системе питания основные устройства автоблокировки нормально питаются от ВВ линий через выпрямители постоянным током, а в случае прекращения подачи переменного тока получают питание от аккумуляторов, которые имеются у каждой сигнальной точки, и в нормальном режиме питания всё время подзаряжаются от выпрямителей.
Смешанная система питания применяется на участках с тепловозной тягой, на которых в ближайшие годы не предполагается переход к электрической тяге.
При питании по системе переменного тока все цепи и устройства автоблокировки питаются переменным током от ВВ линии и никакого местного резервного источника не имеется.
Такая система питания применяется на участках с электрической тягой или подлежащих электрификации в ближайшем будущем.
8.4. Плечи и пункты питания высоковольтной цепи автоблокировки, её секционирование
Чем короче плечи питания, тем выше надёжность электроснабжения. Длина плеч ограничивается также допустимой потерей напряжения. Эта потеря напряжения могла бы не нормироваться, если бы питание всегда подавалось с одного и того же конца плеча.
Действительно, линейные трансформаторы автоблокировки типа ОМ имеют во вторичной обмотке несколько выводов, позволяющих устанавливать низкое напряжение одинаковым при DU линии в пределах от +5 до -15%. Эти пределы легко было бы и ещё расширить. Однако при переходе на питание от резервного пункта на обмотках трансформаторов с малым числом включённых витков вторичной обмотки окажется пониженное линейное напряжение и, наоборот, повышенное там, где включено большое число витков вторичнойой обмотки.
Поэтому действующими правилами проектирования обычно устанавливается допустимая потеря напряжения на плече питания, определяемая технико-экономической целесообразностью. Так для 3-фазных цепей 6 и 10 кВ, а в настоящее время - 10%.
Протяженность плеч питания не должно превышать при смешанной системе питания 60 - 65 км, а при питании переменным током (U= 6 - 10 кВ) - 40 - 45 км.
В качестве питающих пунктов на участках с тепловозной тягой используются все имеющиеся источники энергии (электростанции, подстанции, ЛЭП), имеющие достаточный запас мощности.
На участках с электрической тягой следует использовать для этой цели прежде всего все тяговые подстанции.
При электрической тяге постоянного тока они располагаются обычно в 20 - 30 км одна от другой, и плечи питания получаются недлинными. На электрических же железных дорогах переменного тока расстояние между подстанциями составляет 40 - 65 км. В случае когда она больше 45 км для ВВ цепей 6 и 10 кВ, тяговые подстанции используются как основные пункты питания, а между ними строятся резервные пункты путём подвода ЛЭП, строительства электрических станций и т.п.
При питании автоблокировки от цепи ПР с U= 27,5 кВ длина плеч, как правило, принимается равной расстоянию между тяговыми подстанциями.
8.5. Секционирование высоковольтной цепи в пределах плеча
Секционирование высоковольтной цепи в пределах плеча питания выполняется в зависимости от наличия или отсутствия резервного питания. Если питание резервировано за счёт местных источников (аккумуляторы при смешанном питании) или имеется 2-я ВВ цепь, используемая как резервная, то разъединители можно ставить только у входных светофоров станций, со стороны перегона. Они позволяют в этом случае снять напряжение с линии в пределах целой станции или целого перегона, причём действие автоблокировки обеспечивается резервным питанием.
При отсутствии резерва на двух - путных участках и однопутных с интенсивным движением (пригородных) целесообразно ставить разъединители чаще: у каждой силовой опоры с обеих её сторон.
Тогда, включив РПП, можно снять напряжение лишь в пределах отрезка линии между двумя силовыми опорами, сохранив действие всех светофоров, или отключить только одну силовую опору для её осмотра или ремонта, а также при повреждении линейного трансформатора типа ОМ.
Меры повышения симметрии трёхфазной высоковольтной цепи. Если бы ВВ цепь была абсолютно симметричной, то суммы её фазовых токов и напряжений были бы равны нулю (рис 5), их внешние электрические и магнитные поля в окружающем пространстве уравновешивали бы друг друга и влияния на соседние цепи связи отсутствовали бы. Однако такого положения практически достигнуть не удаётся, векторная сумма токов или напряжений обычно имеет вид (рис. 6), и результирующий неуравновешенный ток IН или напряжение будет оказывать влияние на цепи связи.
Транспозиция. Для уменьшения влияния на цепи связи неуравновешенного тока IН или напряжения U провода ВВ цепи транспонируются, т.е. через равные расстояния r, называемые шагом транспозиции (рис 7), взаимно меняются местами так, что после трёх шагов, образующих цикл транспозиции, каждый провод возвращается на своё место.
Рис. 7
Рис. 8
Если бы неравные друг другу фазовые токи IФ1, IФ2, IФ3 оставались каждый неизменным на всей длине плеча питания, то достаточно было бы устроить в пределах последнего один цикл транспозиции и неуравновешенные токи трёх шагов образовали бы опять уравновешенную систему (рис. 8). Но т.к. в цепь по всей её длине включаются нагрузки и ток в конце плеча обычно в несколько десятков раз меньше, чем вначале, то для существенного уменьшения влияний длина циклов должна быть настолько малой, чтобы ток в пределах одного цикла можно было приближенно считать неизменным.
Транспозиция проводов также повышает симметрию цепи за счёт выравнивания индуктивностей и ёмкостей проводов относительно земли.
Однако частая транспозиция удорожает линию и снижает её прочность.
В настоящее время для ВВ цепей автоблокировки принята длина цикла 9 или 9,6 км. Если при делении плеча на циклы получается остаток длиной больше шага (3 или 3,2 км), то он делится на 3 равные части и на нём образуется укороченный цикл. Остаток длиной меньше шага не транспозицируется.
Равномерная загрузка фаз. Позволяет в значительной степени уровнять фазовые IФ и UФ. Для этого линейные однофазные трансформаторы, питающие сигнальные точки и др. нагрузки, подключают поочерёдно к фазам 1-2, 2-3, 3-1, затем опять 1-2 и т.д. Если трансформаторы потребляют от линии разные мощности, то следует комбинировать их включение по фазам, добиваясь равномерного отбора мощности от каждой фазы. В пределах плеча питания эти мощности не должны различаться более, чем на 10%.